Разработка схемы управления поцессом
Когда компания AWE Newtech Limited (Newark, UK), ведущий изготовитель машин для пропитывания обмоток электрических двигателей, осознала, что существенная экономия стоимости их флагманских машин может быть достигнута, введя распределенное управление, они обратились к нашему партнеру, компании Machinery Control Systems (Telford, UK), чтобы разработать подходящую схему управления производственным процессом.
На картинке слева: многостанционная машина для пропитывания обмоток статоров. Это одна из самых больших машин, ее длина составляет 12.5м
Машины Newtech используются для пропитывания обмоток статоров размером вплоть до IEC 200/NEMA 320 (весом до 100кг) изоляционной смолой. В машинах используются смолы, которые должны быть обработаны при повышенной температуре для достижения их необходимых рабочих свойств. Перед пропитыванием статоры прогреваются для уменьшения вязкости смолы, что помогает ее проникновению, затем нагреваются после пропитывания, чтобы смола затвердела. Нагревание обеспечивается электрическими лампами, испускающими интенсивное инфракрасное излучение в коротковолновом диапазоне (SWIR). Из-за высокой пропускной способности повышение температуры статора от одного уровня процесса до следующего обеспечивается множеством последовательных обогревательных станций. Как правило, машины содержат от 20 до 60 обогревательных станций.
На рисунке справа: типичный статор
Каждая обогревательная станция включает модуль инфракрасной лампы. Есть две версии модуля, 6кВт и 8кВт, в зависимости от размера наибольшего статора, с двенадцатью или шестнадцатью кварцевыми галогеновыми лампами мощностью 0.5кВт. Каждая лампа управляется независимо так, что она включается только если статор присутствует непосредственно под ней и температура статора ниже необходимой. Лампы выключаются во время индексации в целях энергосбережения. В ранних машинах каждая лампа управлялась отдельным выходом PLC, что требовало большого количества модулей ввода/вывода и огромного количества проводки между шкафом управления и лампами. Именно их устранение привело к существенному уменьшению стоимости.
На рисунке справа: ламповый модуль суммарной мощностью 6кВт с двенадцатью инфракрасными лампами по 0.5кВт
Большая машина может содержать до 1000 ламп мощностью 0.5кВт, каждая управлялась цифровым выходом на ПЛК (программируемый логический контроллер, PLC), плюс 5-6 километров проводки между шкафом и лампами. Стоимость модулей ввода/вывода ПЛК, плюс работа по прокладыванию проводки, составляла существенную часть общей стоимости. Плотно упакованная проводка также представляла опасность, так как в случае воспламенения машина могла быть серьезно повреждена. Плата управления производственным процессом, разработанная Джефран, которая установлена в каждом ламповом модуле, устраняет ввод/вывод и значительную часть проводки.
При тесном сотрудничестве с инженерами Newtech, была разработана детальная функциональная спецификация, по которой потом были разработана проектная спецификация для аппаратных средств и программного обеспечения. По этим спецификациям инженеры Джефран разработали и изготовили опытный образец платы.
Основная функция платы — это управляние лампами для достижения оптимального нагревания в статорах с наиболее эффективным использованием энергии. Сторона платы, управляющая питанием, несет реальные значения тока и напряжения для каждой лампы, потребляющей около 2A при ~230В. Корпус оснащен вентилятором для охлаждения плат; несмотря на это, схема работает при 50-60°C. В связи с этим были использованы компоненты повышенной надежности, которые разработаны для непрерывной работы при высокой температуре.
Платы связаны через сеть с ПЛК, который управляет всей машиной. Поскольку конечные пользователи обычно указывают модель ПЛК, используемого в их машинах, многие из которых успользуют собственную сеть, мы реализовали возможность подключения к наиболее широко используемым сетям — ProfiBus для ПЛК Siemens, DeviceNet для ПЛК Allen-Bradley, CANOpen и MODBus, а также Ethernet и RS485, для связи с контроллерами на основе ПК. Мы также помогли Newtech разработать программное обеспечение, чтобы реализовать сеть на ПЛК.
Плата была разработана для прозрачной работы по отношению к ПЛК, так, что оригинальный код ПЛК без значительных изменений мог управлять лампами. Благодаря доступной вычислительной емкости плат были включены намного большие функциональные возможности, включая способность плавного старта, что увеличивает время жизни лампы, плюс контроль жизни лампы, и сообщение об ошибках типа отказа вентилятора или лампы. Второй этап разработки для дальнейшего уменьшения стоимости включал устранение интерфейса для инфракрасного пирометра, используемого для бесконтактного измерения температуры статора, обрабатывая выходной сигнал пирометра в процессоре.
На рисунке слева: плата управления процессом для 6кВт модуля, показанного выше
Опробовав опытный образец, Джефран организовывает изготовление плат в партиях по 100 штук. Newtech извлекает выгоду благодаря существенно сниженным трудовым и материальным затратам, более простой сборки и улучшенной работы.
